ES2348216T3 - Estructura ligera. - Google Patents

Abstract

Una estructura monolítica ligera, especialmente para aplicaciones para medir, fijar y mecanizar, comprende una placa de carbono o de carburo de silicio reforzada con fibras de carbono enlazadas con cerámica y partes de bastidor de soporte. Una estructura monolítica ligera, comprende placas frontales y posteriores (1,2) y un bastidor de soporte (3) de carbono o carburo de silicio reforzado con fibra de carbono enlazado con cerámica (C/SiC o C/C) o unidos mecánicamente juntos. La invención se refiere también a la producción de la anterior estructura ligera, en la que el bastidor de soporte (3) es conecta adhesivamente entre la placa frontal (1( y la placa trasera (2) utilizando una resina sintética y el conjunto se infiltra con silicio derretido que reacciona con parte de del carbono para formar carburo de silicio y producir una estructura monolítica permanentemente enlazada rígida.

Description

Estructura ligera.

La invención se refiere a una estructura ligera muy rígida, en particular para trabajos de medición, sujeción y elaboración, que presenta, entre una placa frontal de cerámica reforzada con fibra y una placa trasera de cerámica reforzada con fibra, un armazón de soporte de cerámica reforzada con fibra conectado firmemente a dichas placas, presentando los materiales compuestos, preferiblemente carbonos reforzados con fibras de carbono (C/C) o carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC) escogidos respectivamente para la placa frontal y trasera, los mismos coeficientes de expansión térmica, y a un procedimiento para la fabricación de tal estructura ligera cerámica en un modo de construcción tipo sándwich de alta rigidez. La formación de la conexión entre la placa frontal, la placa trasera y el armazón de soporte se realiza mediante la infiltración por la reacción de silicio líquido en el producto semiacabado pegado previamente y conduce, después del enfriamiento, a la formación de una estructura ligera monolítica de alta rigidez de cerámica reforzada con fibra, preferiblemente carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC), en un modo de construcción tipo sándwich.

De la US-PS 2988959 se conoce un espejo ligero en forma de sándwich que consiste en una placa frontal y una placa trasera dispuestas una respecto de la otra a una distancia y conectadas firmemente entre sí a través de unas piezas tubulares dispuestas a una distancia unas respecto de las otras. Las piezas tubulares forman el armazón de soporte del espejo. Como materiales para la placa frontal, la placa trasera y las piezas de tubo se utiliza vidrio. La fabricación del espejo se realiza de tal modo que las piezas tubulares se conecten con una de las placas mediante un agente aglutinante y después del mismo modo con la otra placa. Estos espejos conocidos son fáciles de montar, pero no poseen la rigidez suficiente contra las fuerzas que actúan de forma paralela sobre la placa trasera. Además, durante el uso, este tipo de adhesivos presenta cambios en la forma que se deben a los cambios químicos y la absorción de agua. Por lo tanto, este tipo de componentes no son estables a largo plazo.

De la GP-PS 11 67 898 se conocen unos espejos ligeros en los que la placa frontal y la placa trasera están conectadas por medio de un armazón de soporte que consiste, o bien en piezas tubulares o bien en unos elementos espaciadores que presentan, en sección transversal, la forma de una cruz. En vez de las piezas tubulares o elementos espaciadores mencionados con forma de cruz en sección transversal, también pueden utilizarse unos elementos espaciadores que consisten en unas tiras unidas que presentan un tipo de construcción de soporte de material de relleno. Los espejos ligeros consisten en un vidrio térmicamente cristalizado (cerámica de vidrio) que presenta un contenido de SiO_{2} de hasta el 70% en peso y cuyos otros componentes principales son LiO_{2} y Al_{2}O_{3}. En vez del vidrio térmicamente cristalizable también se han utilizado para la fabricación de este tipo de espejos ligeros los vidrios con un alto contenido de silicato (vidrios con un contenido de SiO_{2} de por lo menos el 90% en peso cuyo coeficiente de expansión térmica se ajusta mediante la adición de agentes dopantes, como por ejemplo TiO_{2}, a un valor que es igual al coeficiente de expansión térmica del vidrio de sílice o incluso inferior a éste). Estos espejos están disponibles comercialmente (Folleto "Low Expansión Materials" de la Fa. Corning Glass Works, Corning N.Y., Estados Unidos, 1969). Las desventajas de estos espejos son la rigidez y resistencia relativamente bajas del vidrio y de la cerámica de vidrio así como la baja conductividad térmica, lo que produce, en caso de haber diferencias de temperatura, heterogeneidades de temperatura, constantes de tiempo térmicos altos y, con ello, deformaciones locales durante el uso.

Para mejorar la estabilidad transversal, en la GB-PS 11 26 930 se describen unos espejos ligeros en los que el armazón de soporte consiste en una placa provista de unas perforaciones continuas. Como materiales para estas estructuras se utilizaron vidrio de sílice para la placa de espejo y sílice fundido para el armazón de soporte. La placa trasera también es de vidrio de sílice o sílice fundido. La desventaja de este procedimiento es que, al utilizar dos materiales distintos, se crean dentro de la estructura los llamados "efectos bimetálicos".

De la US-PS 36 44 022 se conocen unos espejos ligeros en los que el armazón de soporte está formado por unos elementos de construcción en forma de Y soldados para formar un armazón de soporte a modo de panales de alta rigidez. Para esta estructura se utilizó como material un material conteniendo dióxido de silicio. Las juntas de soldadura conducen a las correspondientes heterogeneidades en la estructura.

Es cierto que las formas de realización de espejos ligeros descritas en las patentes mencionadas arriba poseen la rigidez suficiente deseada, en particular también la rigidez frente a las fuerzas que actúan en paralelo a la placa trasera, pero su fabricación es extraordinariamente laboriosa y conlleva un gran riesgo en lo que se refiere a una fabricación sin errores. Este hecho se manifiesta claramente cuando se tiene en cuenta que, al perforar los agujeros o al soldar los componentes que forman el armazón de soporte, pueden aparecer grietas.

De la DE 30 18 785 C2 se conoce un procedimiento para la fabricación de espejos ligeros que presentan, entre una placa frontal de vidrio de sílice o vidrio con un alto contenido de silicato y una placa trasera de vidrio de sílice, sílice fundido o vidrio con un alto contenido de silicato, un armazón de soporte de vidrio de sílice, sílice fundido o vidrio con un alto contenido de silicato conectado firmemente a dichas placas, presentando los materiales escogidos para las placas y el armazón de soporte, respectivamente, las mismas propiedades térmicas. Una desventaja de este procedimiento es el uso de distintos materiales de vidrio en combinación con las masas de sinterización de otras composiciones. Este hecho conduce a las correspondientes heterogeneidades estructurales. Además, se necesitan agentes auxiliares para la sinterización y, aparte, varios procedimientos de tratamiento térmico. La mayor parte de las cavidades es rellenada con masa de sinterización, lo que limita sustancialmente el potencial de tener un peso ligero.

Además, la DE 44 38 456 A1 describe una unidad de fricción, en particular formada como cuerpo de frenado o de embrague, que está formada por un cuerpo de carbono poroso reforzado con fibra de carbono cuyos poros están por lo menos parcialmente llenos de carburo de silicio. La unidad de fricción está formada por al menos un cuerpo central y por al menos un cuerpo de fricción conectado a éste de forma fija, estando conectado el cuerpo de fricción al cuerpo central en el lado opuesto a una superficie de fricción y estando conectados los dos cuerpos por medio de una capa de conexión resistente a altas temperaturas. Según el procedimiento, el cuerpo de fricción se fabrica de tal forma que primero se facilite un cuerpo de carbono poroso reforzado con fibra de carbono y se infiltre con silicio líquido a una temperatura de entre 1.410ºC hasta 1.700ºC. A continuación, el cuerpo de carbono siliciado fabricado de esta forma, por ejemplo, el cuerpo de fricción, se conecta, según la revelación de dicha patente, mediante la capa de conexión resistente a altas temperaturas mencionada arriba con otro cuerpo, es decir, el cuerpo central. Sin embargo, una desventaja esencial de la unidad de fricción descrita en la DE 44 38 456 A1 es que no se puedan fabricar estructuras ligeras grandes con una geometría, en su caso, compleja, de modo que la unidad de fricción descrita en dicha patente está limitada tanto en lo que se refiere a su geometría como en lo que se refiere a su tamaño y que no admite un uso completo, en particular como soporte para la medición, sujeción o tratamiento de metal así como para estructuras de soporte y de espejos grandes, sino que siempre está constreñida a un cuerpo que está limitado a una estructura básica de la unidad de fricción utilizada así como al cuerpo central utilizado.

El estado de la técnica para las aplicaciones mencionadas arriba también comprende placas de granito macizas. Para reducir el peso, éstas deben ser lijadas mediante procedimientos complejos y herramientas especiales.

Debido a la enorme contracción durante el proceso de sinterización, las cerámicas fabricadas mediante procedimientos de pulvimetalurgia a base de óxido de aluminio, nitruro de silicio o carburo de silicio, están limitadas tanto en lo que se refiere al tamaño de los componentes como al grosor mínimo de la pared. Hasta la fecha, el estado de la técnica solamente comprende tamaños de < 700 mm. Las estructuras más grandes, como el bloque completo, siempre han presentado grietas debido a la contracción no lineal durante la fabricación.

Por consiguiente, el objetivo de la invención es crear una estructura ligera de cerámica reforzada con fibra con una construcción tipo "sándwich" de alta rigidez y resistencia, aunque existan fuerzas transversales, que presente un lado frontal y un lado trasero cuyo tamaño no esté limitado y que se fabrique mediante una geometría, en su caso, compleja, de una placa frontal y/o una placa trasera para la fabricación de un cuerpo altamente resistente que cumpla también con los requisitos de máxima precisión a largo plazo y que se pueda fabricar de forma sencilla y económica y cuyo procedimiento de fabricación no presente las deficiencias de los procedimientos de fabricación conocidos para el armazón de soporte y que además elimine las desventajas inherentes a los materiales (baja rigidez y resistencia así como conductividad térmica y otros) de los materiales de vidrio y de cerámica de vidrio mediante el uso de cerámicas reforzadas con fibra. Además, el procedimiento según la invención prevé la fabricación de la conexión entre la placa frontal, la placa trasera y el armazón de soporte para formar una estructura de tipo sándwich monolítica en un solo paso de tratamiento térmico y sin agentes auxiliares de sinterización. Por consiguiente, en comparación con el estado de la técnica global, la estructura ligera monolítica de cerámica reforzada con fibra está hecha de un solo material homogéneo con las mismas propiedades físicas.

Otro objetivo de ta invención es proveer una estructura ligera, un cuerpo verde para la fabricación de dicha estructura ligera así como un procedimiento para la fabricación de una estructura ligera, de manera que se cree de forma sencilla un cuerpo altamente resistente que cumpla incluso con los requisitos de máxima precisión a largo plazo.

La estructura ligera comprende una placa frontal, una placa trasera y un armazón de soporte que conecta la placa frontal con la placa trasera mediante la formación de por lo menos una cavidad. La placa frontal, la placa trasera y el armazón de soporte están formados por un material sustancialmente idéntico, es decir, por carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC). El armazón de soporte está conectado con la placa frontal y la placa trasera por medio de un componente del material, es decir, silicio, a través de un proceso de fusión o la infiltración con el componente fundido del material (silicio) para la formación de una estructura monolítica. El contenido de fibras de carbono no siliciadas puede variar ligeramente en función del espacio, efectuándose la variación gradualmente y, por tanto, no presentando grieta alguna.

La placa frontal y/o la placa trasera consisten en varios segmentos conectados entre sí mediante silicio a través de un proceso de fusión o a través de la infiltración con silicio. Por medio de este tipo de montaje por etapas se pueden crear piezas más grandes de forma particularmente sencilla.

El armazón de soporte puede consistir en piezas sueltas separadas unas de las otras que están formadas como perfiles macizos o huecos. Estos perfiles pueden presentar formas o secciones transversales que cumplen con los requisitos, tal y como se describirá más adelante.

El armazón de soporte también puede fabricarse de estructuras conectadas entre sí. Por ejemplo, es posible formar un armazón de soporte en forma de una estructura de nido de abeja o bien en forma de una placa perforada.

Preferiblemente, la placa trasera y/o la placa frontal presentan perforaciones o aberturas que conectan la cavidad existente entre ellas o las cavidades existentes con el exterior (la atmósfera). El cuerpo verde, según la invención, para la fabricación de esta estructura ligera, comprende una placa frontal, una placa trasera y un armazón de soporte que conecta la placa frontal con la placa trasera mediante la formación de por lo menos una cavidad. El armazón de soporte está conectado de forma esencialmente inamovible con la placa frontal y/o con la placa trasera, preferiblemente con las dos, mediante unos medios de fijación y está hecho, al igual que la placa frontal y la placa trasera, de carbono reforzado con fibra de carbono (C/C), de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC) o una mezcla de los mismos.

Los medios de fijación pueden estar formados como dispositivos de enganche mecánico, en particular en forma de tornillos, pernos o pasadores. El armazón de soporte también se puede insertar en unas escotaduras correspondientes en la placa frontal y/o en la placa trasera por medio de un enganche mecánico de modo que se consiga una fijación inamovible. Como alternativa o también adicionalmente, el armazón de soporte puede estar conectado con la placa frontal o la placa trasera mediante una capa de sinterización o un encolado. Estos encolados son particularmente fáciles de fabricar. Preferiblemente, el encolado o la capa de sinterización comprenden una resina sintética, en particular, una resina de fenol. Preferiblemente, la resina sintética está provista de agentes de carga en forma de carbono, carburo de silicio, silicio o mezclas de los mismo y está hecha de tal manera que el encolado se convierta, durante el proceso de fusión o la infiltración con silicio, en el material idéntico en función del material de la placa frontal, la placa trasera y del armazón de soporte.

Preferiblemente, las fibras de carbono se fabrican como fibras cortas, como tejido, como fieltro o mezclas de los mismos. Adicionalmente, en su caso, también alternativamente, el carbono puede existir en forma de espuma, lo que conlleva una reducción de peso adicional.

El procedimiento según la invención para la fabricación de estructuras de peso ligero comprende los siguientes pasos:

a)

Se fabrica una placa frontal, una placa trasera y un armazón de soporte, respectivamente, de carbono reforzado con fibra de carbono (C/C) o de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC).

b)

Se conecta el armazón de soporte de forma inamovible a la placa frontal y la placa trasera de tal manera que el armazón de soporte se encuentre entre la placa frontal y la placa trasera. De esta forma, se forma un cuerpo verde con por lo menos una cavidad entre la placa frontal y la placa trasera.

c)

Se introduce el cuerpo verde en un horno y se calienta, manteniendo una atmósfera o un ambiente no oxidante (en particular, un vacío). El calentamiento se efectúa a una temperatura que corresponde por lo menos a la temperatura de fusión del silicio (1405ºC).

d)

Se añade el silicio fundido al cuerpo verde de tal manera que el silicio penetre en el cuerpo verde y lo infiltre, produciéndose una reacción de por lo menos partes del carbono para la formación de carburo de silicio (SiC) y así la formación de la estructura ligera.

e)

A continuación, se enfría la estructura ligera.

Preferiblemente, en el paso b), el armazón de soporte se pega con la placa frontal y la placa trasera. De esta manera, se puede mantener sin mayores problemas una estructura predeterminada, aunque el cuerpo verde sea transportado.

El encolado es particularmente sencillo cuando la placa frontal y la placa trasera son provistas de una capa adhesiva y el armazón de soporte es conectado mediante la capa adhesiva a la placa frontal y la placa trasera.

La adición del silicio (en el paso d) al cuerpo verde se efectúa en forma de granulado de silicio o polvo de silicio. En este caso, el polvo de silicio o el granulado de silicio se pueden añadir poniéndolos encima del cuerpo verde, introduciendo silicio en la cavidad, así como por debajo, introduciendo el cuerpo verde en un lecho de silicio. Es decir, el silicio se calienta junto al cuerpo verde. Preferiblemente, el silicio está dispuesto dentro de unas bolas huecas de material poroso, tal y como se conoce comúnmente. De esta manera, se efectúa una descarga sucesiva del silicio al cuerpo verde.

Preferiblemente, las fibras de carbono se fabrican como fibras cortas, como tejido, como fieltro o mezclas de los mismos. También es adecuada (adicional o alternativamente) la espuma de carbono. Las estructuras ligeras fabricadas de esta forma son particularmente adecuadas como estructuras de soporte o soportes para la medición, sujeción o elaboración de materiales. Es decir, también pueden fabricarse mesas de medición y de sujeción, bancos de medición, barras guía o guías deslizantes, lechos para máquinas y mesas para máquinas con unas propiedades exce-
lentes.

En la estructura ligera del tipo mencionado al comienzo, el armazón de soporte se fabrica de piezas en forma de placa y/o en forma de listón y/o en forma de tubo y/o en forma de T y/o en forma de U y/o en forma de T y/o en forma de Y conectadas de forma inamovible mediante una resina sintética y formando una cavidad, estando hechas la placa frontal y la placa trasera, por un lado, del mismo material que las piezas en forma de placa y/o en forma de listón y/o en forma de tubo y/o en forma de T y/o en forma de U y/o en forma de T y/o en forma de Y de la estructura de soporte, y por otro lado, produciéndose una reacción de la resina sintética durante el tratamiento térmico o la infiltración del producto semiacabado a modo de sándwich pegado con silicio para formar una estructura monolítica también para formar el mismo material, preferiblemente cerámica reforzada con fibra. Mediante la infiltración de reacción del producto semiacabado pegado con silicio fundido se consigue la fabricación de la conexión homogénea entre la placa frontal, la placa trasera y el armazón de soporte y, por lo tanto, la formación de una estructura ligera monolítica de carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC).

Se deducirán otras características ventajosas de la estructura ligera según la invención de las reivindicaciones dependientes y de las formas de realización ilustradas en las figuras.

Se descubrió que las cerámicas reforzadas con fibra a base de C/SiC y C/C disponen de unas propiedades de rigidez y resistencia excelentes, una conductividad térmica alta, una expansión térmica baja, una resistencia a la corrosión extraordinaria, una dureza alta y, por lo tanto, una resistencia al desgaste en combinación con una densidad baja. Con todo ello, son totalmente estancas a los gases y a los líquidos. Además, en comparación con el vidrio, las cerámicas de vidrio y cerámicas fabricadas mediante técnicas de pulvimetalurgia, las cerámicas reforzadas con fibra son muy tolerantes a los daños e insensibles a la rotura. Hay que destacar particularmente la gran variedad de geometrías y formas con diámetros de hasta tres metros. Según la invención, el C/SiC y el C/C puede estar reforzado con refuerzo de fibra continua, con refuerzo de fieltro o de tejido no tejido o con refuerzo de fibras cortas sobre la base de fibras de carbono. Los refuerzos con otras fibras térmicamente estables están comprendidos dentro de la idea según la invención.

El procedimiento para la fabricación de las estructuras ligeras altamente rígidas según la invención está caracterizado por el hecho de que, para la formación del armazón de soporte, se disponen entre una placa frontal y una placa trasera unas piezas en forma de listón y/o en forma de tubo y/o en forma de placa y/o en forma de T y/o en forma de U y/o en forma de T y/o en forma de Y hechas de cerámica reforzada con fibra, preferiblemente carbono reforzado con fibra de carbono (C/C) o carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC), y que se pegan mediante resina sintética, que los espacios vacíos que quedan forman unas cavidades correspondientes y que después esta disposición se calienta en un horno manteniendo una atmósfera no oxidante, preferiblemente un vacío, a la temperatura de fusión del silicio (>1405ºC), que el silicio fundido se infiltra o penetra en el material y se produce por lo menos parcialmente una reacción con el carbono provisto por la matriz y las fibras para formar carburo de silicio, y que después de enfriarse, el armazón de soporte así obtenido queda conectado de forma inamovible para formar una estructura ligera monolítica de C/SiC. La infiltración de silicio con la reacción de SiC asociada con ésta sirve, por un lado, para la compactación del material de la estructura y, por el otro lado, para la unión de los segmentos individuales para formar una estructura ligera monolítica. Ventajosamente, durante el tratamiento térmico y antes de llegar a la temperatura de fusión del silicio (1405ºC) se produce una reacción de la resina sintética utilizada en el montaje de los componentes individuales, preferiblemente sobre la base de resina de fenol con adiciones de polvo de SiC y/o de C y/o de Sí y/o fibras de carbono, para formar un material mezclado de carbono-silicio-carburo de silicio que presenta una composición similar a la de los elementos estructurales utilizados, de modo que, después de la infiltración con silicio, las antiguas superficies de unión o de adhesión presenten las mismas propiedades físicas y químicas que el material estructural de cerámica reforzada con fibra. A través de la infiltración de silicio se produce la formación de una estructura monolítica con propiedades totalmente homogéneas. El procedimiento según la invención prevé que el silicio utilizado para la infiltración/reacción sea provisto a los componentes a infiltrar en forma de polvo y/o en forma de granulado y/o como cuerpo moldeado de silicio. El silicio utilizado respectivamente puede ser provisto por debajo y/o por arriba y/o en el interior del componente a infiltrar.

Se deducen los perfeccionamientos ventajosos del procedimiento de las reivindicaciones dependientes del procedimiento. Mediante las figuras 1 a 6 se describen las estructuras ligeras altamente rígidas según la invención y su fabricación. Muestran:

La figura 1 una sección vertical a través de una estructura ligera altamente rígida según la invención.

La figura 2 una sección horizontal a través del armazón de soporte de la estructura ligera altamente rígida según la figura 1 a lo largo del plano A-B.

La figura 3 una sección vertical a través de una disposición para la fabricación de una estructura ligera altamente rígida según la invención.

La figura 4 un corte de una sección horizontal a través de la disposición según la figura 3 en el plano C-D.

La figura 5 secciones verticales correspondientes a través de la disposición para la fabricación de las estructuras ligeras altamente rígidas según la invención.

La figura 6 una vista desde arriba sobre una disposición para la fabricación de una estructura ligera altamente rígida según la invención.

Tal y como se ve en la figura 1, la estructura ligera altamente rígida según la invención consiste en una placa frontal (1) y una placa trasera (2) conectadas de forma inamovible por medio de un armazón de soporte (3). El armazón de soporte consiste, tal y como se ve en la figura 2, en unas piezas en forma de tubo (4) conectadas antes del tratamiento térmico mediante una resina sintética con la placa frontal y la placa trasera y que forman una cavidad (6) para mantener el peso de la estructura ligera lo más bajo posible. A continuación, el producto semiacabado consistente en la placa frontal (1), la placa trasera (2) y el armazón de soporte, se calienta en un horno en un ambiente sin oxígeno, preferiblemente un vacío, a por lo menos la temperatura de fusión del silicio (>1405ºC). El silicio fundido se infiltra o penetra en la disposición entera y se produce, por lo menos parcialmente, una reacción del mismo con el carbono provisto para formar carburo de silicio. La infiltración de silicio o la reacción sirve también para la fabricación de la conexión entre la placa frontal y la placa trasera así como el armazón de soporte (3) para formar una estructura monolítica. Según la invención, la sección transversal y el tamaño de la cavidad (6) puede ser como se desee según la aplicación (por ejemplo, redondo, poligonal, hexagonal), lo cual está comprendido dentro de la invención. Ha resultado conveniente proveer la placa trasera (2) o las paredes laterales (7) de unas perforaciones de ventilación (8), tal y como se ve en la figura 1. En el ejemplo de realización, la placa frontal (1), la placa trasera (2) y el armazón de soporte (3) están fabricados de C/SiC reforzado con fibras cortas. De forma análoga, como material para la placa frontal y la placa trasera, así como las piezas en forma de tubo o en forma de placa del armazón de soporte, se pueden utilizar también los materiales compuestos de C/C con refuerzo de fibras cortas y/o de fieltro y/o de tejido no tejido o las cerámicas reforzadas con fibra con un refuerzo de fibra continua a base de C/C y C/SiC.

A continuación, por medio de las figuras 3 y 4, se describirá una segunda posibilidad para la formación de una estructura ligera de cerámica reforzada con fibra. En vez de las piezas en forma de tubo, en este ejemplo de realización se dispusieron y se pegaron para la fabricación del armazón de soporte (3) unas piezas en forma de placa o en forma de listón de cerámica reforzada con fibra (C/C y/o C/SiC) entre la placa frontal y trasera de cerámica reforzada con fibra (C/C y/o C/SiC). Después de conectar el armazón de soporte (3) así fabricado con la placa frontal (1) y la placa trasera (2) se crea, tal y como se describe en las figuras 1 y 2, mediante la infiltración con silicio líquido así como la reacción para formar carburo de silicio, una estructura ligera altamente rígida con una forma de construcción monolítica. En este caso, la sección transversal del armazón de soporte en forma de placa/listón, las distancias entre los listones y la disposición de los ángulos de los listones de soporte pueden variar como se desee. El procedimiento según la invención también prevé una combinación de estructuras de soporte en forma de tubo y en forma de listón y en forma de placa entre la placa frontal y la placa trasera. Naturalmente, la placa frontal y la placa trasera pueden estar formadas tanto planas como esféricas. Antes del montaje al producto semiacabado o antes de la infiltración para el componente cerámico monolítico, la construcción de soporte tiene que ser tratada mecánicamente de forma correspondiente.

En la figura 5 se muestran las correspondientes secciones verticales mediante las posibles disposiciones para la fabricación de las estructuras ligeras altamente rígidas según la invención con un armazón de soporte (3) en forma de U, en forma de Y, en forma de T y en forma de T, entre la placa frontal (1) y la placa trasera (2). La figura 6 muestra una vista desde arriba sobre una disposición para la fabricación de una estructura ligera altamente rígida según la invención con un armazón de soporte (3) cilíndrica entre la placa frontal (1) y la placa trasera (2). Por ejemplo, la estructura ligera altamente rígida de cerámica reforzada con fibras con un modo de construcción de tipo sándwich monolítico con las dimensiones de 1200 x 1100 x 60 mm^{2} sirve como mesa de medición láser.

Tal y como se deduce de las descripciones de las figuras, el armazón de soporte de las estructuras ligeras altamente rígidas según la invención, y así, la misma estructura ligera, se pueden fabricar de forma sencilla y con componentes sencillos y, por consiguiente, económicos, sin que durante la fabricación del armazón de soporte puedan aparecer grietas.

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Referencias citadas en la descripción Esta lista de referencias citadas por el solicitante se ha elaborado únicamente como ayuda para el lector. No forma parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha puesto mucha atención en la compilación de las referencias, no se puede evitar incurrir en errores u omisiones, por lo que la OEP declina toda responsabilidad a este respecto. Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US PS2988959 A [0002]

\bullet GB PS1126930 A [0004]

\bullet US PS3644022 A [0005]

\bullet DE 3018785 C2 [0007]

\bullet DE 4438456 A1 [0008] [0008]

Literatura no patente citada en la descripción

\bulletFolleto Low Expansión Materials, 1969, [0003]

Claims (15)

1. Estructura ligera que comprende

-

una placa frontal (1),

-

una placa trasera (2), y

-

un armazón de soporte (3) que conecta la placa frontal (1) con la placa trasera (2) formando por lo menos una cavidad (6),

consistiendo la placa frontal (1), la placa trasera (2) y el armazón de soporte (3) sustancialmente en un material idéntico, es decir, en carburo de silicio reforzado con fibra de carbono, y estando conectados entre sí el armazón de soporte (3) con la placa frontal (1) y la placa trasera (2) por medio de un componente del material, es decir, por medio de silicio, mediante un proceso de fusión o mediante la infiltración con el componente fundido del material para la formación de una estructura monolítica,

caracterizada por el hecho de que la placa frontal (1) y/o la placa trasera (2) consisten en varios segmentos conectados entre sí mediante silicio a través de un proceso de fusión o a través de la infiltración con silicio.

2. Estructura ligera según la reivindicación 1,

caracterizada por el hecho de que el armazón de soporte (3) puede consistir en piezas sueltas separadas unas de las otras que están formadas como perfiles macizos y/o huecos.

3. Estructura ligera según la reivindicación 1,

caracterizada por el hecho de que el armazón de soporte (3) consiste en piezas conectadas entre sí.

4. Estructura ligera según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizada por el hecho de que la placa trasera (2) y/o la placa frontal (1) presentan perforaciones o aberturas (8) que conectan la por lo menos una cavidad (6) con una cara exterior de la placa trasera (2) y/o de la placa frontal (1).

5. Cuerpo verde para la fabricación de una estructura ligera que comprende

-

una placa frontal (1),

-

una placa trasera (2), y

-

un armazón de soporte (3) que conecta la placa frontal (1) con la placa trasera (2) formando por lo menos una cavidad (6),

estando el armazón de soporte (3) conectado de forma sustancialmente inamovible con la placa frontal (1) y/o la placa trasera (2) mediante unos medios de fijación y consistiendo la placa frontal, la placa trasera y el armazón de soporte de carbono reforzado con fibra de carbono (C/C) o de carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC) o de mezclas de los mismos,

caracterizada por el hecho de que la placa frontal (1) y/o la placa trasera (2) consisten en varios segmentos.

6. Cuerpo verde según la reivindicación 5,

caracterizado por el hecho de que los medios de fijación comprenden dispositivos de ensamblaje por enganche mecánico, en particular tornillos, pernos o pasadores y/o encolados y/o una capa de sinterización.

7. Cuerpo verde según la reivindicación 6,

caracterizado por el hecho de que los encolados o la capa de sinterización comprenden una resina sintética, en particular, una resina de fenol, que contiene preferiblemente cargas en forma de carbono, carburo de silicio, silicio o mezcla de los mismos y que es apropiada para transformarse en un material idéntico por un proceso de fusión o infiltración.

8. Cuerpo verde según la reivindicación 5,

caracterizado por el hecho de que las fibras de carbono se fabrican como fibras cortas, tejido, fieltro o mezclas de los mismos.

9. Procedimiento para la fabricación de una estructura ligera que comprende las etapas siguientes:

a)

fabricación de una placa frontal (1), una placa trasera (2) y un armazón de soporte (3), respectivamente, de carbono reforzado con fibra de carbono (C/C) o de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC);

b)

conexión del armazón de soporte (3) con la placa frontal (1) y la placa trasera (2) de tal manera que el armazón de soporte (3) se encuentre entre la placa frontal (1) y la placa trasera (2) y quede unido firmemente entre ambas, para formar un cuerpo verde con por lo menos una cavidad (6) entre la placa frontal (1) y la placa trasera (2);

c)

introducción del cuerpo verde en un horno y calentamiento del cuerpo verde manteniendo una atmósfera o un ambiente no oxidante a una temperatura que corresponde por lo menos a la temperatura de fusión del silicio (1405ºC);

d)

adición del silicio fundido al cuerpo verde de tal manera que el silicio penetre en el cuerpo verde y reaccione con por lo menos partes del carbono para formar carburo de silicio y así formar la estructura ligera;

e)

enfriamiento de la estructura ligera,

caracterizado por el hecho de que la placa frontal (1) y/o la placa trasera (2) consisten en varios segmentos.

10. Procedimiento según la reivindicación 9,

caracterizado por el hecho de que en el paso b), el armazón de soporte se pega con la placa frontal (1) y la placa trasera (2).

11. Procedimiento según la reivindicación 10,

caracterizado por el hecho de que la placa frontal (1) y la placa trasera (2) son provistas respectivamente de una capa adhesiva y el armazón de soporte (3) es conectado mediante la capa adhesiva a la placa frontal (1) y la placa trasera (2).

12. Procedimiento según la reivindicación 9,

caracterizado por el hecho de que el silicio en el paso d) se añade al cuerpo verde en forma de granulado de silicio o polvo de silicio.

13. Procedimiento según la reivindicación 12,

caracterizado por el hecho de que el granulado de silicio o el polvo de silicio se añade al cuerpo verde antes del calentamiento introduciéndolo en la cavidad (6) desde una cara superior, desde una cara inferior o desde una combinación de ambas.

14. Procedimiento según la reivindicación 9,

caracterizado por el hecho de que las fibras de carbono se fabrican como fibras cortas, tejido, fieltro o mezclas de los mismos.

15. Uso de una estructura ligera según una de las reivindicaciones 1 a 4 como estructura de soporte o de apoyo para trabajos de medición, sujeción o elaboración de materiales.